Thiết kế hệ thống điều khiển quá trình sản xuất chiết rót đóng nắp sử dụng WinCC và PLC S712001500 có link file mô phỏng cuối bài hoặc liên lạc vào sdt : 0799008541

LỜI NÓI ĐẦU Như chúng ta đã biết sự phái triển của khoa học kỹ thuật qua từng thời kì lịch sử, nó đã có những ảnh hưởng không nhỏ để thúc đẩy nên kinh tế phát triển, cụ thể là trong các ngành sản xuất công nghiệp hiện đại Có thể nói rằng sự phát triển của Công nghệ điện tử tin học, được coi là một cuộc cách mạng công nghệ trên toàn thế giới Ở nước ta, ngành kĩ thuật điện tử tin học đã được ứng dụng vào lĩnh vực điều khiển tự động, đặc biệt là kĩ thuật vi xử lí Trên thế giới hiện nay người ta đã.

LỜI NÓI ĐẦU Như biết phái triển khoa học kỹ thuật qua thời kì lịch sử, có ảnh hưởng khơng nhỏ để thúc đẩy nên kinh tế phát triển, cụ thể ngành sản xuất công nghiệp đại Có thể nói phát triển Cơng nghệ điện tử - tin học, coi cách mạng cơng nghệ tồn giới Ở nước ta, ngành kĩ thuật điện tử - tin học ứng dụng vào lĩnh vực điều khiển tự động, đặc biệt kĩ thuật vi xử lí Trên giới người ta sản xuất thiết bị lập trình Đó thiết bị điều khiển có lập trình Programable Logic Controlle viết tắt PLC PLC coi ứng dụng điển hình mạch vi xử lí So với q trình điều khiển mạch điện tử thơng thường PLC có nhiều ưu điểm hẳn, ví dụ như: Kết nối mạch điện đơn giản, rút ngắn thời gian lắp đặt cơng trình, dễ dàng thay đổi công nghệ nhờ việc thay đổi nội dung chương trình điều khiển, ứng dụng điều khiển phạm vi rộng, độ tin cậy cao Sự đời thiết bị điều khiển làm thay đổi suất lao động chất lượng sản phẩm rõ rệt Vì việc cải tiến phát triển thiết bị điều khiển quan tâm, để đáp ứng yêu cầu thay người môi trường độc hại, yêu cầu công nghệ địi hỏi xác tuyệt đối Trong q trình học tập làm việc trường, tìm hiểu điều khiển, em giao đề tài đồ án môn học với nội dung: “Thiết kế hệ thống điều khiển trình sản xuất sử dụng WinCC PLC S7-1200/1500” Bản đồ án hoàn thành với hướng dẫn trực tiếp nhiệt tình thầy giáo Phạm Văn Tuấn với thầy cô giáo giúp đỡ em nhiệt tình, với nỗ lực thân Em hoàn thành đề tài giao Em xin chân thành cảm ơn! Tp.Vinh, ngày…tháng … năm 2022 Sinh viên thực CHƯƠNG : PHÂN TÍCH U CẦU CƠNG NGHỆ DÂY CHUYỀN CHIẾT SẢN PHẨM (CHẤT LỎNG) VÀ ĐÓNG NẮP CHAI 1.1 Đặt vấn đề 1.1.1 Sơ lược hệ thống chiết rót, đóng nắp Hệ thống chiết rót, dập nắp dây chuyền lắp đặt, thiết kế đại, đạt tiêu chuẩn cao đảm bảo dây chuyền hoạt động ổn định nâng cao hiệu sản xuất Thiết bị điều khiển PLC cho phép thực linh hoạt thuật toán điều khiển thơng qua ngơn ngữ lập trình sẵn tạo điều kiện công tác quản lý sản xuất tiết kiệm nhân công Dây chuyền kết hợp khâu dán nhãn, định mức, chiết rót, đóng nắp, đóng thùng bán tự động Mỗi khâu máy ghép với thành dây chuyền Công nhân tham gia vào số công đoạn xếp chai băng truyền, đóng thùng vận hành máy thơng qua giao diện Các máy có chế độ hoạt động auto / manual giúp người sử dụng kiểm tra hoạt động chức 1.2 u cầu cơng nghệ 1.2.1 Máy chiết rót Hiện có nhiều cơng nghệ chiết nước vào chai, tùy loại chất lỏng có cách chiết rót khác như: chất lỏng đặc, nước có gaz,nước không gaz Định lượng sản phẩm lỏng chiết thể tích định sản phẩm lỏng rót vào chai, bình, lọ, v.v Định lượng sản phẩm lỏng máy sử dụng rộng rãi nhiều ngành sản xuất thực phẩm Khi định lượng máy cải thiện điều kiện vệ sinh, đảm bảo suất cao định lượng sản phẩm cách xác Hiện với cơng nghệ đại, nhiều quy trình cơng nghiệp tự động hóa Trong dây chuyền chiết rót đóng nút chai tự động hệ thống sử dụng phổ biến rộng rãi Một hệ thống sản xuất chất lỏng đóng chai thường phân chia thành nhiều khâu nối tiếp Một quy trình khép kín mơ tả sau: Hình 1.2 Máy chiết rót tự động Từ khâu cấp chai, chai đưa vào hệ thống băng tải, trước tiên chai cho qua hệ thống rửa Chai dùng hệ thống đóng chai thường chai thành phẩm, nên thường khâu qua súc rửa để làm bụi Sau rửa sạch, chai băng tải đưa đến hệ thống rót liệu, tới vị trí rót, để đảm bảo bố trí cấu khí để kẹp giữ chai Tại đây, chất lỏng chiết vào chai theo phương pháp khác nhau, chiết đẳng áp, chiết đẳng tích, chiết định lượng…Khi chiết xong, chai băng tải vận chuyển đến vị trí đóng nút đóng nắp Khâu đóng nút( nắp) bao gồm cấu cấp phơi đóng nút( nắp) Cơ cấu đóng xi lanh khí nén (với nút dập) motor (với nút vặn) Sau đóng nút (nắp) xong, khâu dán nhãn Cơ cấu bơi kéo dính gắn băng tải bố trí tiếp tuyến cho tì vào mặt chai, ngồi chuyển động thẳng băng tải, chai cịn chuyển động quay trịn lực tì cấu bôi keo Tương tự với cấu cấp nhãn, chai sau bơi keo, quay trịn, băng giấy nhãn vòng quanh chai Khâu cuối khâu kiểm tra đóng gói sản phẩm Khâu kiểm tra bao gồm loạt cảm biến để kiểm tra chất lượng sản phẩm (đủ định mức, đóng nút, dán nhãn đạt yêu cầu…) sau kiểm tra qua cấu phân loại, tay gạt loại bỏ chai sang băng tải khác Các chai đạt tiêu chuẩn qua khâu đóng gói, chai xếp thành khối nhờ tay máy gạt nâng hạ Như tồn quy trình cơng nghệ chiết rót, đóng nút chai tự động hóa hồn tồn, với đầu vào nguyên liệu chai rỗng, đầu sản phẩm đem bán trực tiếp Các phương pháp định lượng chủ yếu gồm có: Định lượng bình định mức : chất lỏng định lượng xác nhờ bình định mức trước rót vào chai  Định lượng chiết tới mức cố định: chất lỏng chiết tới mức cố định chai cách chiết đầy, sau lấy khối thể tích bù trừ khỏi chai; mức lỏng chai sụt xuống khoảng thể tích chai có hay khơng Ngồi cịn sử dụng ống thơng hơi, chất lỏng chiết tới ngập miệng ống thông dừng lại Phương pháp có độ xác khơng cao, tuỳ thuộc độ đồng chai  Định lượng cách chiết theo thời gian: cho chất lỏng chảy vào chai khoảng thời gian xác định, xem thể tích chất lỏng chảy khơng đổi phương pháp áp dụng cho sản phẩm có giá trị thấp, khơng u cầu độ xác định lượng Các phương pháp chiết rót sản phẩm gồm có :  Phương pháp rót áp suất thường: chất lỏng tự chảy vào chai độ chênh lệch độ cao thủy tĩnh Tốc độ chảy chậm nên thích hợp với chất lỏng nhớt  Phương pháp rót chân khơng: Nối chai với hệ thống hút chân không, chất lỏng chảy vào chai chênh áp thùng chứa áp suất chai Lượng chất lỏng chảy vào chai thông thường áp dụng phương pháp bù trừ chiết đầy chai  Phương pháp rót đẳng áp: Phương pháp áp dụng cho có gas bia, nước Trong rót, áp suất chai lớn áp suất khí nhằm tránh khơng cho ga (khí CO2) khỏi chất lỏng Với phương pháp rót đẳng áp thơng thường, người ta nạp khí CO2 vào chai áp suất chai áp suất bình chứa, sau cho sản phẩm từ bình chứa chảy vào chai nhờ chênh lệch độ cao Máy định mức, chiết rót sản phẩm lỏng gồm nhiều cấu rót, cấu rót bố trí chiết cho chai Các cấu rót bố trí thẳng hàng, làm việc lúc (máy chiết có cấu chiết thẳng) bố trí bàn quay, làm việc (máy chiết bàn quay) hình bên dưới: Hình 1.3 Máy chiết rót bàn quay 1.2.2 Máy đóng nắp chai Máy đóng nắp chai ứng dụng rộng rãi ngành sản xuất đồ uống, thực phẩm, mỹ phẩm hóa chất cơng nghiệp Máy có tác dụng đóng bao kín loại chai thủy tinh, nhựa, đảm bảo việc niêm phóng kín, khơng rị rỉ chất lỏng ngồi Nắp chai dẫn từ thùng chứa xuống đường dẫn đồng thời xếp chiều, chai nước đưa vào vị trí dập nắp cố định để hệ thống dập nắp hoạt động Sau dập nắp chai đưa tới phận vặn nắp để chắn tất nắp phải đóng kín Hình 1.4 : Máy đóng nắp chiết rót tích hợp 1.2.3 u cầu chung hệ thống - Tốc độ sản xuất sản phẩm dây chuyền phải nhanh - Giá nhân công làm sản phẩm phải hạ - Chất lượng cao phế phẩm - Thời gian chết máy móc khơng có - Máy móc sản xuất giá rẻ - Vốn đầu tư phù hợp - Chi phí vận hành thấp 1.2.4 Sử dụng thiết bị cho máy vận hành Sử dụng băng tải, cảm biến phận dập nắp - Băng tải : + Băng tải ( băng tải sản phẩm ): Đưa sản phẩm đến vị trí để chiết rót dập nắp + Băng tải ( băng tải thùng ): Đưa thùng đến vị trí để đóng gói sản phẩm - Cảm biến : Cảm biến quang để phát sản phẩm cảm biến tiệm cận - Bộ phận dập nắp : gồm xi lanh đẩy dập nắp 1.2.5 Sơ đồ cơng nghệ Hình 1.5 : Sơ đồ công nghệ 1.3 Nguyên lý hoạt động hệ thống Giai đoạn : Rót nước vào chai Sau rửa chai xong hệ thống băng tải di chuyển đưa chai qua cảm biến => => Băng tải dừng => Pittong kẹp giữ cố định chai rót nước vào chai=> sau chai đầy pittong thả băng tải tiếp tục di chuyển gặp cảm biến giai đoạn Hình 1.6 : Hệ thống rót nước vào chai Giai đoạn : Đóng nắp chai Sau q trình rót nước vào chai hồn thành => băng tải tiếp tục di chuyển => gặp biến dừng lại => pittong kẹp giữ cố định thân chai cổ chai => Pittong phía có sẵn nắp chai đóng nắp chai xuống => hồn thành quy trình pittong kẹp dần nới lỏng => băng tải hoạt động đưa tiếp cơng đoạn Hình 1.7 : Hệ thống đóng nắp chai CHƯƠNG : GIỚI THIỆU PLC S7-1200/1500 WinCC 2.1 Giới thiệu chung PLC Ngày tự động hóa ngày đóng vai trị quan trọng đời sống cơng nghiệp, tự động hóa phát triển đến trình độ cao nhờ tiến lý thuyết điều khiển tự động, tiến ngành điện tử, tin học… Chính mà nhiều hệ thống điều khiển đời, phát triển mạnh có khả ứng dụng rộng Bộ điều khiển lập trình PLC Bộ điều khiển lập trình (Programmable controller) nhà thiết kế cho đời năm 1968 (Công ty General Motor-Mỹ), với tiêu kỹ thuật nhằm đáp ứng yêu cầu điều khiển : - Dễ lập trình thay đổi chương trình - Cấu trúc dạng Module mở rộng, dễ bảo trì sữa chữa - Đảm bảo độ tin cậy môi trường sản xuất Tuy nhiên hệ thống đơn giản cồng kềnh, người sử dụng gặp nhiều khó khăn việc vận hành lập trình hệ thống Vì nhà thiết kế bước cải tiến hệ thống đơn giản, gọn nhẹ, dễ vận hành Để đơn giản hóa việc lập trình, hệ thống điều khiển lập trình cầm tay (Programmable controller Handle) đời vào năm 1969 Điều tạo phát triển thật cho kỹ thuật lập trình Trong giai đoạn hệ thống điều khiển lập trình (PLC) đơn giản nhằm thay hệ thống Relay dây nối hệ thống điều khiển cổ Qua trình vận hành, nhà thiết kế bước tạo tiêu chuẩn cho hệ thống, tiêu chuẩn: Dạng lập trình dùng giản đồ hình thang Sự phát triển hệ thống phần cứng từ năm 1975 làm cho hệ thống PLC phát triển mạnh mẽ với chức mở rộng: - Số lượng ngõ vào, ngõ nhiều có khả điều khiển ngõ vào, ngõ từ xa kỹ thuật truyền thông - Bộ nhớ lớn - Nhiều loại Module chuyên dùng Trong đầu thập niên 1970, với phát triển phần mềm, lập trình PLC khơng thực lệnh Logic đơn giản mà cịn có thêm lệnh định thì, đếm kiện, lệnh xử lý toán học, xử lý liệu, xử lý xung, xử lý thời gian thực Ngoài nhà thiết kế tạo kỹ thuật kết nối hệ thống PLC riêng lẻ thành hệ thống PLC chung, tăng khả hệ thống riêng lẻ Tốc độ hệ thống cải thiện, chu kỳ quét nhanh Bên cạnh đó, PLC chế tạo giao tiếp với thiết bị ngoại nhờ mà khả ứng dụng PLC mở rộng 2.2 Giới thiệu PLC S7-1200 2.2.1 Giới thiệu chung PLC S7-1200 ( Promamable Logic Controller) kết hợp I/O lựa chọn cấp nguồn, bao gồm module cấp nguồn VAC – VDC - nguồn với kết hợp I/O DC Relay Các module tín hiệu để mở rộng I/O module giao tiếp dễ dàng kết nối với mặt điều khiển Tất phần cứng Simatic S7-1200 gắn DIN rail tiêu chuẩn hay trực tiếp bảng điều khiển, giảm khơng gian chí phí lắp đặt Các module tín hiệu có model đầu vào, đầu kết hợp loại 8,16, 32 điểm hỗ trợ tín hiệu I/O DC, relay analog Bên cạnh đó, bảng tín hiệu tiên tiến có I/O số kênh hay I/O analog kênh gắn đằng trước điều khiển S71200 cho phép nâng cấp I/O mà khơng cần thêm khơng gian Thiết kế mở rộng giúp điều chỉnh ứng dụng từ 10_I/O đến tối đa 284_I/O, với khả tương thích chương trình người sử dụng nhằm tránh phải lập trình lại chuyển đổi sang điều khiển lớn Các đặc điểm khác: nhớ 50 KB với giới hạn liệu người sử dụng liệu chương trình, đồng hồ thời gian thực, 16 vòng lặp PID với khả điều chỉnh tự động, cho phép điều khiển xác định thông số vòng lặp gần tối ưu cho hầu hết ứng dụng điều khiển q trình thơng dụng Simatic S71200 có cổng giao tiếp Ethernet 10/100 Mbit tích hợp với hỗ trợ giao thức Profinet cho lập trình, kết nối HMI/SCADA hay nối mạng PLC với PLC 2.2.2 Đặc điểm PLC S7-1200 Network 11 : tạo mô đứng yên chai Network 12 : So sánh giá trị di chuyển vật mô Network 13 : Đếm số lượng sản phẩm Network 14 : Khi đủ số lượng băng truyền đóng gói hoạt động Network 15 : Chế độ manual CHƯƠNG : THIẾT KẾ GIAO DIỆN 4.1 Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát hệ thống WinCC 4.1.1 Giới thiệu Wincc WinCC (Windows Control Center) phần mềm hãng Siemens dùng để giám sát, điều khiển thu thập liệu q trình sản xuất Nói rỏ hơn, WinCC chương trình dùng để thiết kế giao diện Người Máy – HMI (Human Machine Interface) hệ thống Scada (Supervisory Control And Data Acquisition), với chức thu thập số liệu, giám sát điều khiển q trình sản xuất Với WinCC, người dùng trao đổi liệu với PLC nhiều hãng khác như: Siemens, Mitsubishi, Allen braddly, Omron, thông qua cổng COM với chuẩn RS232 PC chuẩn RS485 PLC Với WinCC, ta tận dụng nhiều giải pháp khác cho để giải công việc, từ thiết kế cho hệ thống có quy mơ nhỏ đến quy mô lớn, hệ thống thực sản xuất – MES (Manufacturing Excution System) WinCC mơ hình ảnh kiện xảy trình điều khiển dạng chuổi kiện Để đáp ứng yêu cầu công nghệ ngày phát triển, WinCC cung cấp nhiều hàm chức cho mục đích hiển thị, thông báo, ghi báo cáo, xử lý thông tin đo lường, tham số công thức, chương trình thiết kế giao diện Người Máy – HMI tin dùng 4.1.2 Thiết kế giao diện hệ thống dựa theo sơ đồ công nghệ CHƯƠNG : THUYẾT MINH NGUYÊN TẮC VẬN HÀNH Giao diện điều khiển Nhấn nút Start => thông báo yêu cầu nhập số chai cho thùng Ví dụ nhập chai thùng Sau nhập số lượng chọn chế độ hoạt động Sau chọn chế độ hoạt động auto => Băng tải hoạt động đưa chai phận rửa Khi chai tác động lên cảm biến băng tải dừng phận rửa chai hoạt động Sau rửa xong băng tải tiếp tục hoạt động đưa chai vừa rửa sang phân chiết rót Khi chai tác động vào cảm biến băng tải dừng pittong kẹp giữ cố định chai van dung dịch mở Khi dung dịch đầy chai pittong thả van đóng lại, băng tải tiếp tục đưa chai đầy dung dịch sang phận đóng nắp Chai đầy dung dịch tác động cảm biến => băng tải dừng pittong kẹp pittong đóng nắp chai hoạt động Sau hồn thành cơng đoạn băng tải đưa chai sang phận đóng thùng Sau chai đưa vào thùng đếm +1 bắt đầu đưa chai Sau chai đóng vào thùng băng tải đưa thùng đóng ngồi Bộ đếm reset lại = bắt đầu chu kỳ KẾT LUẬN Trên toàn nội dung đề tài: “Thiết kế hệ thống điều khiển trình sản xuất sử dụng WinCC PLC S7-1200/1500” Trong thời gian vừa qua với nỗ lực thân hướng dẫn nhiệt tình thầy giáo Phạm Văn Tuấn đến em hoàn thành đề tài giao qua em tìm hiểu nhiều kiến thức hữu ích: - Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý công dụng hệ thống chiết rót đóng nắp chai - Tìm hiểu thêm PLC S7-1200 cách viết chương trình - Sử dụng thành thạo phần mềm lập trình PLC TIA PORTAL mô WinCC Mặc dù em cố gắng trình độ kiến thức cịn hạn chế nên tiểu luận không tránh khỏi thiếu sót Em mong thầy bạn đóng góp ý kiến đề đồ án hoàn thiện giúp em củng cố kiến thức Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Anh Tuấn thầy cô khoa giúp em thời gian vừa qua để em hồn thành đề tài đồ án mơn học giao thời hạn quy định ...CHƯƠNG : PHÂN TÍCH U CẦU CƠNG NGHỆ DÂY CHUYỀN CHIẾT SẢN PHẨM (CHẤT LỎNG) VÀ ĐÓNG NẮP CHAI 1.1 Đặt vấn đề 1.1.1 Sơ lược hệ thống chiết rót, đóng nắp Hệ thống chiết rót, dập nắp dây chuyền lắp đặt, thiết. .. Sau chai đóng vào thùng băng tải đưa thùng đóng ngồi Bộ đếm reset lại = bắt đầu chu kỳ KẾT LUẬN Trên toàn nội dung đề tài: ? ?Thiết kế hệ thống điều khiển trình sản xuất sử dụng WinCC PLC S7-1200/1500”... lập trình điều khiển Khác với phương pháp điều khiển cứng, hệ thống điều khiển có lập trình, cấu trúc điều khiển cách đấu dây độc lập với chương trình Chương trình định nghĩa hoạt động điều khiển